製備非可結晶多元醇糖漿的方法
2024-04-10 16:50:05 1
專利名稱：製備非可結晶多元醇糖漿的方法
技術領域：
本發明涉及製備耐熱、耐鹼的非可結晶多元醇糖漿的新方法。
更具體地說，本發明涉及可用於肥皂或洗滌劑的製備、藥用糖漿或牙膏的配製中(即需在鹼性和/或熱環境中不形成不合要求的呈色或味覺上不適的化合物的任何應用中)的多元醇的製備方法。
多元醇指還原單糖、還原多糖(如二糖、寡糖和多糖)及其混合物催化加氫得到的產物，下文稱作「糖類糖漿」。
作為一般規則，用於按本發明的催化加氫的還原單糖是葡萄糖、木糖、果糖和甘露糖。所得的多元醇為山梨醇、木糖醇和甘露醇。
二糖最常用的是麥芽糖、異麥芽寡糖(isomaltulose)、麥芽寡糖(maltulose)、異麥芽糖和乳糖，它們在催化加氫時得到麥芽糖醇、isomalt、異麥芽糖醇和乳糖醇。
在本發明上下文中，非可結晶組合物指於20℃形成非可結晶糖漿，在密封容器中儲存1個月時其乾物質比為70％的多元醇混合物。本發明上下文中的非可結晶山梨醇在歐洲藥典(1997)第0437段進行了限定。
山梨醇糖漿廣泛用於農業食品、製藥和化學領域。在牙膏配製(特別是碳酸氫鈉牙膏的製備)中，只有山梨醇在碳酸氫鈉存在下是穩定的，且儲存中不引起棕色變化，才可用作溼潤劑。這種呈色是因碳酸氫鹽作用於還原糖(葡萄糖、麥芽糖、寡糖類和多糖類)而引起的。呈色強度隨多糖中單糖單元數的增加而增加，因此一分子麥芽糖比一分子右旋糖呈色強。放置糖漿的溫度也強烈地促進呈色。已發現，45℃儲存10天與20℃儲存15個月達到同樣強度的呈色作用。這些糖漿較佳為非可結晶的，有利於在無論什麼氣候條件下進行操作和轉運，並確保從這些糖漿製得的終產物穩定。
麥芽糖醇糖漿也代表一大類，主要用於製備非生齲藥物和食物製品。
木糖醇糖漿雖然價格較貴，但因其甜度高、其齒科性質好及其優異的溼潤劑性能而被廣泛使用。
已知多元醇糖漿在鹼存在下的呈色作用與游離還原糖(葡萄糖、麥芽糖、寡糖類和多糖類)的存在有關。
因此，為了改善這些糖漿穩定性，必須消除這些游離糖。
在實驗室規模上已經研究了各種方法。
日本專利JP 51.8606為獲得幾乎不含非還原糖的很純的山梨醇，在整個還原反應中保持鹼性條件下還原結晶葡萄糖，提供了改善可結晶山梨醇糖漿純度的前景。
但是，上述技術在工業規模上無實用性，因為它需要高成本的送料、監測和控制系統及在反應中持續添加緩衝液和鹼液，給後續的純化步驟造成困難。該方法因使用大量反應劑而汙染也相當高。而且，用所述方法得到的山梨醇糖漿的穩定性也無參照。
日本專利JP 41.12212提到了一種耐熱和鹼的純度極大的山梨醇的製備方法，它必須在高壓下加氫並在還原反應即將完成前將pH調節至8-10，或者將已用鹼調節pH至8-10的還原山梨醇溶液從60℃加熱至90℃，並在直接殘餘的還原糖分解後(用/不用酸中和及脫色或不脫色)經過濾分離，再經離子交換樹脂純化。
使用於可結晶山梨醇溶液的上述方法引起相當量雜質的形成，因為還原糖經受了5小時的較長處理時間，且該方法並不賦予足夠的穩定性。
日本專利JP 63.79844和JP 71.45090描述了耐熱和耐鹼多元醇的製備方法，它必須將先用炭黑處理然後通過離子交換樹脂的純化的多元醇水溶液在熱鹼介質中處理1-2小時，然後再將50℃所得溶液經離子交換樹脂純化。上述方法特別打算用於從很純的葡萄糖糖漿得到的可結晶山梨醇糖漿。此類可結晶糖漿因其很多弊端而特別不適用於牙膏，上述方法也因涉及多步操作而特別複雜，因此難以在工業規模上應用。
歐洲專利EP 0711743(其專利權人為本申請人)描述了在鹼性介質中化學性質高度穩定且反應性很低的多元醇組合物。
這些組合物特別適用於鹼性介質，必須不呈色，系通過簡單的或複合的還原糖催化加氫然後將糖漿穩定化和將穩定糖漿純化而得到的。
穩定化步驟必須使氫化得到的山梨醇糖漿氧化、焦糖化或發酵，以得到在S試驗中光密度≤0.100的糖漿。
本申請人證明僅在上述試驗值低時能得到滿意的穩定性，反映了組合物在鹼性介質中對呈色的敏感性。
為了進一步改善上述類型的方法，並為了保護環境而限制無機和有機廢物量，本申請人在長期研究後開發了一種新方法，該方法獲得在鹼性介質中足夠穩定的非可結晶多元醇糖漿，並通過限制純化操作而提供現有技術所不能提供的高產率和低汙染。
本申請人發現，為了獲得耐熱和耐鹼的非可結晶多元醇糖漿，必須使已氫化和焦糖化的糖漿於50℃以下的溫度下通過至少一種強陽離子樹脂純化，所述溫度系作為最終組合物中所需還原糖比例的函數而加以選擇的。
因此，本發明提供一種製備耐熱、耐鹼性介質的非可結晶多元醇糖漿的新方法，該方法包括將糖漿氫化的步驟和將氫化糖漿焦糖化的步驟，其特徵在於將氫化和焦糖化的糖漿經離子交換樹脂純化，所述純化包括於50℃以下的溫度下至少通過一次強陽離子樹脂，所述溫度系作為非可結晶多元醇糖漿中所需還原糖比例的函數而加以選擇的。
本申請人進行的相當可觀的研究證明了經強陽離子樹脂純化時的工作溫度對保持產品質量的重要性。純化後組合物的質量、特別是其還原糖的最終比例與通過強陽離子樹脂時的溫度成反比。
因此，按照本發明的經強陽離子樹脂純化在50℃以下的溫度下進行，該溫度系作為純化後最終組合物中所需還原糖比例的函數而加以選擇的。本申請人發現，通過樹脂時的溫度可以作為焦糖化後所得還原糖的比例和純化的多元醇糖漿中所需還原糖的最終比例的函數來調節。所需比例作為擬用糖漿的用途的函數而改變。為了製備牙膏，除了糊劑中鹼劑的性質外，必須特別考慮用來測定抗多元醇糖漿呈色的可接受限度所用的著色劑的性質。呈微黃色對於藍色糊劑較易接受。測定還原糖比例的可接受限度時，所用的調味劑也是要考慮的因素。對於某些碳酸氫鹽糊劑來說，可接受的限度為每百萬份350份還原糖(表示為右旋糖當量，下文簡稱ppm)，對於其他如含焦磷酸鹽的糊劑來說，比例≤500ppm可以是合適的。這對於其他藥物、化妝品和食品應用同樣是可適用的。
在非可結晶多元醇糖漿氫化和焦糖化的最適條件下，得到還原糖最小比例為50ppm至100ppm。申請人發現，在這些條件下，這類糖漿可經強陽離子樹脂純化的最高溫度是50℃，如果使要得到的還原糖在樹脂中增加的比例，還原糖最終值低於或等於500ppm，作為可接受的最大限度。因此，可將經過樹脂時的溫度作為最終組合物中所需還原糖比例和焦糖化後開始存在的還原糖的比例的函數調節為低於50℃，如後面更完全地解釋的那樣。因此，按照本發明，如果多元醇組合物中所需還原糖的比例很低，通過強陽離子樹脂的溫度可調節為≤40℃，較佳為≤30℃，更佳為20℃—30℃。
純化本身可用標準技術進行，即先通過強陽離子樹脂，再通過強陰離子樹脂，然後通過兩種樹脂等份混合物的混合床。還可改變合用樹脂的順序。
強陽離子樹脂的目的是消除陽離子，特別是來自焦糖化中所用碳酸鈉的鈉離子和來自氫化催化劑的可溶性鎳。
強陰離子樹脂的目的是消除有機陰離子，特別如焦糖化步驟的降解產物葡糖酸鹽。
最後步驟中使用的混合床通過減少前面步驟中可能出現的離子滲漏而使純化步驟最優化。
較佳的陽離子樹脂是以強酸形式使用的帶有磺酸型官能團SO3H的強陽離子樹脂，例如，得自ROHM和HAAS的IR 200 C樹脂。較佳的陰離子樹脂是強陰離子樹脂，如得自同一製造商的IRA 910樹脂。混合床由這兩種樹脂的混合物組成。
在本發明方法的一個優選實施例中，為了防止在樹脂中過長的保留時間及伴隨而來的純化多元醇糖漿變壞的危險，以每小時相當於糖漿通過的樹脂柱1.5倍體積的流速進行流經樹脂的純化。
在本發明方法的另一個優選實施例中，在氫氣下且不分離催化劑的情況下，在氫化反應結束時引入鹼劑，加鹼劑後不用緩衝液而pH穩定時，在氫化反應器中進行焦糖化。
本申請人的大量研究表明氫化步驟可與焦糖化在同一反應器中有益地合併，不加緩衝液，從而以經濟的、且純化後汙染不大的方式從糖類糖漿得到在熱鹼介質中穩定的多元醇組合物。
本發明的上下文中，焦糖化指氫化物的還原糖發生鹼降解，導致相應的烯醇形成。適用於焦糖化的鹼劑包括強鹼或弱鹼。在一個優選實施例中，用於焦糖化的鹼劑是碳酸鈉。
用於本發明方法中的糖類糖漿特別包括葡萄糖糖漿、果糖糖漿、富含麥芽糖的葡萄糖糖漿和木糖糖漿。
糖類糖漿宜含60％-95％右旋糖、0.1％-20％麥芽糖，至100％的餘量包含多糖和寡糖，上述百分比為相當於所述糖漿中所含糖類乾重的重量百分比。
在雙夾套反應器中用阮內鎳催化劑按本領域已知的方式進行催化加氫，儘管然後其他糖氫化催化劑均可適用。
為了使氫化速率最適化而副反應受到抑制，較佳為在120℃—150℃的溫度、30巴—100巴的氫氣壓下進行，更佳為在130℃—150℃的溫度下進行。
當pH值足夠穩定，無需緩衝液，也無需加大量碳酸鈉使pH維持在該值時，將碳酸鈉導入反應器，獲得pH 9-11，較佳為pH 9.5-11。在按照本發明的條件下，這一般在氫化90分鐘後達到。
導入碳酸鈉的這一標準得自對氫化動力學和焦糖化條件的研究。如果反應介質仍然富含游離還原糖，導入鹼劑打破pH平衡，此值因游離還原糖轉化為相應的酸而明顯降低。因此，超出還原糖比例約4％的過量酸形成，使pH下降，使焦糖化的穩定作用失效，必須加入太多的碳酸鈉。因此，較佳為當剩餘還原糖的比例低於0.2％(更佳為低於0.1％)時導入鹼劑。
當反應器內pH低於9時，焦糖化不充分。當pH高於11時，焦糖化是滿意的，但氫化物的離子電荷變得太高，導致陽離子交換樹脂再生時氯化物的排斥作用。本申請人發現，pH 9.5-11時，反應介質中過量碳酸鈉足以使糖類達到完全焦糖化。
本發明的方法生產的多元醇糖漿特別適用於鹼性pH產品(如基於碳酸氫鈉或磷酸鈉族的牙膏、抗酸組合物、修面泡沫或脫毛霜)的製備，或高溫產品的製備，而獲得與先前投資不相當的利潤和最低限度的有機和無機廢物。
在本發明方法的一個優選實施例中，獲得的糖漿是非可結晶山梨醇糖漿。
所得的非可結晶山梨醇糖漿含至少64wt％山梨醇和至少6wt％麥芽糖醇，餘量至100％，由寡糖和多糖組成，上述百分比以相對於組合物中所含多元醇的乾重表示。
本發明方法可得到的糖漿可有益地用於製備含鹼劑或在高溫下處理或得到的鹼性pH產品。
本發明還提供含可用本發明方法得到的多元醇糖漿的牙膏組合物。
下面用非限制性實施例對本發明進行闡述。
實施例1在攪拌下，將組成如下的糖漿引入含阮內鎳懸浮液的20升雙夾套反應器—右旋糖75％(以組合物乾重計)—麥芽糖8％(以組合物乾重計)
—麥芽三糖3.6％(以組合物乾重計)—較高的DP13.4％(以組合物乾重計)反應介質的乾材料是40wt％，阮內鎳比例為5wt％，兩者均相應於乾重。
在50巴壓力和140℃溫度下進行90分鐘氫化。
引入3wt％碳酸鈉溶液，為時15分鐘，以得到氫化物的pH為10.8。申請人發現，該pH值是穩定的且還原糖的比例低於0.4wt％。
繼續進行20分鐘氫化。
然後，停止反應器的攪拌，內容物放置15分鐘，將上清液排入澄清桶以回收催化劑。然後將來自澄清桶的上清液過濾以清除最後的痕量催化劑。
將用上述方法得到的糖漿冷卻至25℃，經強陽離子樹脂、然後經陰離子樹脂、最後經混合床純化。
然後，使所得的糖漿接受耐鹼劑的試驗。該試驗稱作S試驗，在歐洲專利EP 0711743(其專利權人為本申請人)中有描述。S試驗中得到的值越低(光密度低於0.1)，多元醇組合物越穩定。將500mg超純碳酸氫鈉和250mg氨的20％水溶液加到5ml糖漿中。
將生成物混合，並在水浴中(不攪拌)100℃加熱2小時。
將溶液冷卻至20℃，用分光光度計(如PERKIN-ELMER Lambda 5 UV/VIS分光光度計)於420nm測定其光密度。
用3ml純水和2ml無水純葡萄糖溶液(濃度為100、200、300、400、500、600和1000 ppm)代替5ml糖漿，按同樣的方法產生標定範圍。
上述葡萄糖溶液的吸光度分別為0.04、0.08、0.120、0.160、0.205、0.250、0.413。
按照本發明得到的糖漿具有相對低的光密度0.04。
這相當於葡萄糖比例100ppm(以組合物乾重計)，表明具有很高的抗鹼性。
因此，按照本發明的方法，以比現有技術更經濟和少汙染的方式，製成高度抗鹼和/或熱介質的非可結晶多元醇組合物。
實施例2溫度對離子交換樹脂純化的影響在純化前將實施例1中所得的糖漿分成7份。
每份分別在20、30、35、40、45、50、52和60℃溫度下(A—H份)用強陽離子樹脂純化，然後經陰離子樹脂、最後經混合床純化。
純化後，對每份進行S試驗，將每一點的差異與原來的試驗比較進行計算(ΔS試驗)。
結果以ppm右旋糖當量的形式表示。
結果清楚地表明工作溫度對強陽離子交換樹脂純化的影響，顯示能使純化時組合物的溫度適合於最終用途所需要的還原糖量，這給了本發明的方法前所未聞的靈活性。
實施例3碳酸氫鈉牙膏的配方用來自實施例2的產品A和F(在20℃和50℃時經樹脂純化)製備具有如下配方的碳酸氫鈉牙膏糊劑A 糊劑B(wt ％)糖漿A 45.00-糖漿F -45.00碳酸氫鈉10.0010.00Tixosil 73磨料二氧化矽 9.00 9.00Tixosil 43磨料二氧化矽 10.0010.00十二烷基硫酸鈉(30％水溶液) 5.66 5.66一氟磷酸鈉 0.80 0.80羧甲基纖維素鈉 0.70 0.70二氧化鈦0.70 0.70薄荷醇調味劑1.00 1.00純水 適量加至100.00 適量加至100.00糖精酸鈉0.2 0.2
所得的牙膏A和B在10％溶液中的pH分別為8.4和8.7。
由於產品A滿意的純度，糊劑A室溫儲存6個月後顏色不變。
但是，糊劑B在同樣的儲存時間後有不可接受的微黃色。
實施例4含焦磷酸鈉的抗牙垢牙膏的配方用作為抗牙垢劑的焦磷酸鈉和實施例2的產物D(於40℃經強陽離子純化)，製備具有如下配方的抗牙垢牙膏糖漿D45.00焦磷酸鈉 4.00Tixosil 73磨料二氧化矽9.00Tixosil 43增稠二氧化矽 11.00糖精酸鈉 0.20對羥基苯甲酸甲酯 0.18對羥基苯甲酸丙酯 0.02二氧化鈦 0.70羧甲基纖維素鈉0.70一氟磷酸鈉0.76十二烷基硫酸鈉(30％水溶液)5.66薄荷醇調味劑 1.00純水100.00牙膏的最終pH為7.8，稀釋至10％後為8.6。
室溫儲存6個月後，牙膏的顏色不變。
因此，從實施例2得到的糖漿D完全適用於抗牙垢劑存在下的牙膏。
權利要求
1.製備耐熱、耐鹼性介質的非可結晶多元醇糖漿的方法，該方法包括將糖漿氫化的步驟和將氫化糖漿焦糖化的步驟，其特徵在於將氫化和焦糖化的糖漿經離子交換樹脂純化，所述純化包括於50℃以下的溫度下至少通過一次強陽離子樹脂，所述溫度系作為最終組合物中所需還原糖比例的函數而加以選擇的。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵還在於在氫化反應器中，於氫氣下且不分離催化劑的情況下，在氫化反應結束時引入碳酸鈉，進行焦糖化。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵還在於當pH看來穩定時，焦糖化步驟包括將經氫化的糖漿的pH改變為9-11，較佳為9.5-11。
4.如權利要求1-3之一所述的方法，其特徵還在於在低於50℃的溫度下經強陽離子樹脂，然後經陰離子樹脂，最終經混合床進行純化。
5.如權利要求1-4之一所述的方法，其特徵還在於通過強陽離子樹脂的溫度為≤40℃，較佳為≤30℃，更佳為20℃—30℃。
6.如權利要求1-5之一所述的方法，其特徵還在於所述多元醇糖漿是非可結晶山梨醇糖漿。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵還在於非可結晶山梨醇糖漿含至少64wt％山梨醇和至少6wt％麥芽糖醇，餘量至100％由寡糖和多糖組成，上述百分比以相對於組合物中所含多元醇的乾物質表示。
8.權利要求1-7之一的方法獲得的多元醇糖漿在製備含鹼劑或高溫下處理或獲得鹼性pH產品上的應用。
9.含權利要求1-7之一的方法獲得的多元醇糖漿的牙膏組合物。
全文摘要
本發明涉及製備耐熱、耐鹼性介質的非可結晶多元醇糖漿的新方法,該方法包括將糖漿氫化的步驟和將氫化糖漿焦糖化的步驟,其特徵在於:將氫化和焦糖化的糖漿經離子交換樹脂純化,所述純化包括於50℃以下的溫度下至少通過一次強陽離子樹脂,所述溫度系作為最終組合物中所需還原糖比例的函數而加以選擇的。本發明還涉及所獲得的多元醇糖漿在牙膏製備上的應用。
文檔編號A61K8/34GK1327439SQ0080238
公開日2001年12月19日 申請日期2000年10月25日 優先權日1999年10月28日
發明者J·－P·薩洛米, P·費雷, P·勒菲弗爾 申請人:羅凱脫兄弟公司